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KR20010071846A - 동시에 형성된 맞댐 및 겹침 조인트 - Google Patents

동시에 형성된 맞댐 및 겹침 조인트 Download PDF

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KR20010071846A
KR20010071846A KR1020017000447A KR20017000447A KR20010071846A KR 20010071846 A KR20010071846 A KR 20010071846A KR 1020017000447 A KR1020017000447 A KR 1020017000447A KR 20017000447 A KR20017000447 A KR 20017000447A KR 20010071846 A KR20010071846 A KR 20010071846A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
distal end
plastic
absorbent material
interface
coupling
Prior art date
Application number
KR1020017000447A
Other languages
English (en)
Inventor
알렉산더 사빗스키
로버트 에이. 그림
Original Assignee
추후보정
에디슨 웰딩 인스티튜트
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L47/00—Connecting arrangements or other fittings specially adapted to be made of plastics or to be used with pipes made of plastics
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Abstract

동시에 맞댐 및 겹침 조인트를 생산하는 방법은 방사 전달성 재료(40)를 관통하여 열을 생성하면서 방사(12)를 흡수하는 방사 흡수성 재료(44a, 44b,44c)를 통과하는 전자기적 방사(12)에 의해 달성된다. 1) 파이프 단부(14, 24)를 맞댐 조인트(22;2)로 서로 융합 및 접합하기 위하여, 2) 파이프의 말단부(16)를 겹침 조인트(28a)로 슬리브(40)에 융합 및 접합하기 위하여, 그리고 3) 파이프 말단부(26)를 겹침 조이트(28b)로 슬리브(40)에 융합 및 접합하기 위하여, 열은 경계면(50a, 50b, 50c)에서 충분히 용해된 재료를 제공한다. 슬리브(40)에 대해 충분히 투명한 재료의 사용은 조인트(22, 28a, 28b)의 시각적 점검을 가능하게 한다. 종래의 결합 기술에서 틈새에서 발견될 수 있는 흡수된 오염물 또는 먼지 및 유기체의 조합물의 위험 없이 고순도의 유체를 전달하는데 유용한 평탄한 내측 보어를 제공하기 위하여, 맞댐 조인트(22)는 전도성의 열에 의해 흡수성 재료(44a) 없이 형성될 수 있다.

Description

동시에 형성된 맞댐 및 겹침 조인트{SIMULTANEOUS BUTT AND LAP JOINTS}
단일체의 기구는 그 강도와 조립 공정이 불필요한 점에서 바람직하지만, 기계적 제약 및 다른 고려 사항에 의해 플라스틱 재료를 서로 접합시키거나 다른 부분에 접합할 필요성이 발생한다. 결과적으로, 플라스틱 재료를 접합하는 다수의 방법이 발전되어 왔다. 기계적 고정의 사용은 상당히 힘든 것으로, 플라스틱은 고정홀(fastener holes)에 의해 변성되어 종종 누설되는 기계적 조인트를 초래하고, 조인트의 약화를 야기한다. 또한 압력 끼워 맞춤 및 스냅 끼워 맞춤(press and snap fits)이 사용되나, 재료가 열적 사이클링 또는 가혹한 환경에 직면하는 때에 부품에 허용할 수 없는 높은 응력이 발생하므로 상기 끼워 맞춤이 부적당한 경우도 있다.
열적 용접에서, 하나 이상의 플라스틱 부는 용접된 조인트를 형성하기 위하여 상기 부분이 서로 가압되는 때 플라스틱을 녹이는 고온 플레이트(hot plate) 또는 다른 적당한 형상의 가열 장치와 같은 열원에 인접하게 위치하거나 열원과 접촉한다. 유도 용접(induction welding)은 열가소성 메트릭스(thermoplastic matrix) 내에 주입된 유도장(induction field) 내의 열을 받아들이기 쉬운 재료에 사용된다. 접합부를 형성하기 위하여 재료 사이에 접촉이 있는 경우에, 유도장의 사용은, 주입된 재료가 적당한 조인트를 형성하는 주위의 플라스틱 재료를 가열하여 용해시킨다.
진동 용접(vibration welding)에서, 부품 가운데 하나는 고정되며 다른 하나는 마찰열을 생성하기 위하여 진동한다. 이러한 배열은 임계적이며 접합은 기대만큼 강하지 못할 수 있다. 스핀 또는 마찰 용접에서, 하나의 부분은 고정되며, 반면 다른 하나는 충분한 압력 상태 하에서 상호 접촉을 유지하도록 회전한다. 열은 압력이 접합 프로세스를 완료시키도록 작용하는 지점에서 표면을 녹인다. 양 진동 및 스핀 용접에서, 폴리우레탄과 같은 폴리머를 녹이기 위한 마찰열을 생성하기 위해 필요한 높은 힘이 필요로 한다. 예컨대 무겁고도 값비싼 장비가 적절한 고정력을 제공하기 위하여 필요로 한다.
또한 용해제 및 접착제(solution and adhesive)가 열가소성 플라스틱의 접합을 위하여 사용된다. 그러나, 몇몇 용해제는 어떠한 플라스틱에 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 또한, 용해제는 조립체에 대한 잠재적인 위험을 지니고 있다. 플라스틱은 다양한 접착제에 의해 접합될 수 있으며, 용해제이 베이스된 접착제는 상기 언급된 용해제의 문제를 나타낼 수 있다. 또한 접착제는 폴리머의 재이용을 복잡하게 할 수 있다. 용해제 및 접착제 방법은 쓰레기, 화학적 처리 문제, 및 표면 준비의 필요성에 의해 복잡해진다. 용해제 및 접착제 방법은 일반적으로 폴리비닐 염화물(polyvinyl chloride;PVC) 파이핑에 사용된다.
적외선 램프 및 레이져 빔은 하나의 플라스틱을 다른 플라스틱에 접합하기 위하여 사용되며, 이러한 기술은 단일의 조인트 응용에 제한된다. 레이져 용접은 부가적인 문제를 가진다. 접합 강도가 기대치에 못 미치는 경우가 있다. 두개의 재료의 경계면 사이에서 틈새가 발생하는 때, 모재의 기화 및 플래싱(점화)(vaporization and flashing(ignition))이 발생할 수 있다. 레이져 용접은 또한 표면의 피트 및 크레이터(pits and craters)를 생성하는 경향이 있다. 레이져는 상당한 시간 동안에 시판되어왔으나, 아직까지 그 가격은 상당히 고가이다.
이러한 방법들은 플라스틱 파이프와 같은 튜브형 부분의 접합을 만족시키지 못한다. 비록 이하의 플라스틱 파이프 접합의 2개의 방법이 광범위하게 사용되더라도, 이들 가운데 완전히 만족스러운 방법은 없다. 맞댐 용접에서, 파이프의 단부는 고온 플레이트와 인접하는 또는 접촉하는 파이프의 단부와 접합된다. 충분한 용해가 일어난 후에, 고온 플레이트는 제거되고 단부는 서로 가압되어 압력 하에서 냉각된다. 충분한 맞댐 용접은 접합된 2개의 파이프 사이의 경계면에서 어떠한 간격도 남겨두지 않는다. 외부적인 용접 흠결은 시각적 조사에 의해 쉽게 발견될 수 있으며, 필요한 경우 조인트는 받아들일 수 없어 새롭게 접합된다. 그러나, 플래시 또는 용접 비드는 파이프 조인트의 양 내측 및 외측에 형성된다. 내측 용접 비드는 파이프 내의 유연한 유동을 파괴하며, 파이프의 외부에 평탄하지 못한 표면을 남긴다. 맞댐 용접은 일반적으로 조인트의 파괴를 방지하기 위하여 잘 지지될 수 있는 일직선의 파이프를 사용한다. 특히 얇은 벽의 부속품 및 파이프가 사용된 경우 전체 열은 부품의 상당한 뒤틀림을 야기하므로 맞댐 용접은 일반적으로 작은 파이프 부품을 사용하지 않는다.
겹침 용접에서, 커플링 또는 칼라(coupling or collar)로 칭하여지는 부가적인 부품은 파이프의 말단부(end portion) 위를 미끄러져, 커플링의 내측 표면 및/또는 파이프의 외측 표면의 용해 또는 용해제 또는 접착제에 의해 외측 파이프 표면과 접합한다. 가열은 PVC 파이프와 같은 적은 양의 파이핑에 의해 사용되는 접착제 또는 용해제과 함께 파이프 겹침 조인트 용접의 일반적인 방법이다. 고온 부품 형태의 가열이 사용될 수도 있으나, 주입형 저항성의 부품 가열이 용해 프로세스(melting process)에 대한 제어가 더욱 양호하므로 바람직하다. 부품이 양 파이프의 말단부를 겹치게 되고 양 파이프 상의 상당한 표면 영역이 조인트에 포함되므로 겹침 조인트는 강하게 된다. 그러나, 조인트는 시각적으로 점검될 수 없으므로, 파이프의 방사형 표면 부분 및/또는 커플링(coupling)에 대한 용해제, 접착제, 또는 열의 작용에 의한 파괴는 감지할 수 없는 약한 조인트로 남을 수 있다. 겹침 조인트에 대한 시각적인 점검의 능력은 플라스틱 파이프를 사용하는 모든 산업계에서 오랫동안 필요로 하는 문제이다. 시각적인 관찰은 조인트의 칼라 및 파이프의 접합의 정도를 나타내어, 과열에 의한 기포와 같은 결함과 플라스틱 파이프의 분해또는 용해된 플라스틱에 대한 파괴를 나타낼 뿐만 아니라 조인트의 안전성에 대한 강한 표시를 제공한다. 겹침 조인트가 가지는 다른 문제는 접합된 파이프의 단부 사이에 개방된 경계면, 즉 틈새를 가진다는 것이다. 이같은 틈새는 고순도의 물 및 반도체, 음식, 제약 및 화학적 용액에 사용하는 액체와 같은 유체의 전달에 대한 플라스틱 파이프를 사용하는 산업에서 상당히 오염적인 병원균 및 다른 외계의 먼지의 잠재적인 축적이 가능한 영역이다. 조인트 부품의 플라스틱 매트릭스에 침투된 저항성의 가열 요소의 사용은 접합 프로세스 동안에 상기 요소가 플라스틱을 통과하도록 용해되는 때 상당한 오염 문제를 야기하며, 나중에 유동 유체와 접촉할 수 있다.
그러므로, 본 발명의 목적은 2중으로 고정되며 강화된 조인트를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 맞댐 용접 경계면에서 어떠한 틈새 또는 결점도 없는 조인트를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 파이프의 내측에 용접 비드가 없는 맞댐 조인트를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 맞댐 및 겹침 조인트를 동시에 제작하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 겹침 조인트의 시각적 점검을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 접합에 관련된 조인트의 부분만을 가열하고 재료의 나머지 부분은 영향을 받지 않고, 뒤틀림 되지 않고, 초기의(접합 전의) 구조를 유지하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 용해제 및 다른 환경적으로 바람직하지 못한 접착제의 사용의 회피하는 것이다.
본 발명의 목적은 전기적으로 저항성의 가열 요소로부터의 오염을 회피하는 것이다.
본 발명의 목적은 접합 라인을 따라 균일하고도 강한 접합을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 본 발명에서 공지된 바에 의해 당업자에게는 분명해질 것이다.
본 발명은 플라스틱 재료의 접합 방법에 관한 것으로, 특히, 겹침 및 맞댐 조인트(lap and butt joints)를 동시에 형성하기 위해 하나 이상의 전달성 플라스틱 재료(transmitting plasic materials)를 관통하여 방사 흡수성 재료(radiation absorbing materials)를 통과하는 전자기적 방사(electromagnetic radiation)에 의해 열을 생성시켜 부품의 융합(fusion)으로 재료를 접합시키는 방법에 관한 것이다.
도 1은 구조의 하나의 부품만이 방사 흡수성 재료를 포함하는, 본 발명에 의한 일반적인 동시의 맞댐 및 겹침 조인트를 도시하는 단면도이다.
도 2는 하나의 부품만이 방사 전달성 재료인 일반적인 동시의 맞댐 및 겹침 조인트를 도시하는 단면도이다.
도 3은 분리된 흡수성 재료가 맞댐 조인트 경계면에서 부품의 플라스틱을 전도적으로 녹이기 위한 충분한 열을 생성하는 방사 흡수 상태의 겹침 조인트 경계면 내에 위치하는 일반적인 동시의 맞댐 및 겹침 조인트 구조에 대하여 도시하는 단면도이다.
도 4는 슬리브와 함께 플라스틱 파이프의 2개의 부품을 접합하는 동시의 맞댐 및 겹침 조인트 구조를 나타내며, 흡수성 재료의 분리된 부분은 겹침 조인트 경계면 및 맞댐 조인트 경계면에 위치한다.
도 5는 파이프 부품들 가운데 하나의 외측 방사형 표면과 겹침 조인트 슬리브 부품의 내측 방사형 표면 사이에 끼인 흡수성 재료의 위치를 도시하는, 도 4의 라인 5-5를 따라 얻을 수 있는 단면도이다.
도 6은 슬리브와 함께 플라스틱 파이프의 2개의 부품을 접합하는 동시의 맞댐 및 겹침 조인트 구조를 나타내는 단면도이며, 맞댐 조인트 경계면에서 플라스틱 파이프의 단부를 전도성으로 녹이는 충분한 열을 생성하는 방사 흡수 상태에서, 흡수성 재료의 단일의 부품은 겹침 조인트 경계면에 위치한다.
도 7은 외측 플라스틱 슬리브와 함께 플라스틱 파이프의 2개의 부품을 접합하는 동시의 맞댐 및 겹침 조인트 구조를 나타내는 단면도이며, 외측 방사형 리세스는 플라스틱 슬리브를 수용하고 거의 평탄한 외측 방사형 표면을 형성하기 위한 파이프의 2개의 부품의 말단부에서 형성된다. 흡수성 재료는 파이프의 말단부의 리세스된 방사형 표면과 슬리브 사이에, 그리고 파이프 리세스의 렛지와 슬리브의 단부 사이에 위치한다.
도 8은 흡수성 재료를 포함하는 내측 플라스틱 슬리브와 함께 플라스틱 파이프의 2개의 부품을 접합하는 동시의 맞댐 및 겹침 조인트 구조를 나타내는 단면도이다. 부가의 흡수성 재료는 2개의 파이프의 단부 사이의 맞댐 조인트 경계면에 위치한다.
도 9는 내측 플라스틱 슬리브와 함께 플라스틱 파이프의 2개의 부품을 접합하는 동시의 맞댐 및 겹침 조인트 구조를 나타내는 단면도이며, 내측 방사형 리세스는 통합된 부분인 흡수성 재료를 구비하는 슬리브를 수용하고 거의 평탄한 내측 파이프 방사형 표면을 형성하기 위하여 파이프의 2개의 부품의 말단부에 형성된다. 이러한 구조에서 부가적인 흡수성 재료는 사용되지 않는다.
도 10은 완전한 원형이며 한번에 완전히 조인트를 가열하는 원형의 방사원을 구비한 동시의 맞댐 및 겹침 조인트를 도시하는 단부도이다.
도면에서 도시된 본 발명의 바람직한 실시예의 기술에서, 명확성을 위하여 특정의 전문 용어를 사용하였다. 그러나, 본 발명은 선택된 특정한 용어 및 자료에 의해 제한되지 않으며, 각각의 특정한 용어는 유사한 목적을 달성하기 위하여 유사한 방법으로 작동되는 모든 기술적인 등가물을 포함한다.
비록 여기서 본 발명의 바람직한 실시예가 기술되나, 본 발명의 기초적인 원리에서 벗어남이 없이, 도시되고 기술된 구조에대한 다양한 변경 및 수정이 가능하다. 그러므로, 이러한 형태의 변경 및 수정은, 첨부된 청구항 또는 합리적인 등가물에 의해 필요적으로 수정되는 경우를 제외하고는 본 발명의 사상 및 영역에 의해 제한된다.
이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 접합 방법은 맞댐 및 겹침 용접이 동시에 형성되는 특징을 가진다. 상기 방법은 다음의 단계를 포함한다.
1) 석영-할로겐 램프로부터의 다색의 비간섭성의 방사(ploy-chromatic non-coherent radiation) 또는 레이져 원으로부터의 활성화된 단색의 간섭성의 방사(stimulated monochromatic coherent radiation)의 형태로 전자기장 방사의 방사원을 제공하는 단계.
2) 맞댐 배열에서 부품을 제공하는 단계, 즉, 제 1 부품의 단부(end)를 제 1 경계면을 형성하는 맞댐 조인트 관계를 형성하도록 제 2 부품의 단부와 맞대도록 하는 단계.
3) 겹침 조인트 구조를 형성하기 위하여 제 1 및 제 2 부품의 말단부(end portion) 위에 슬리브를 위치시키는 단계. 제 1 부품의 말단부은 슬리브와 함께겹침 조인트를 형성하며 제 2 경계면을 형성한다. 제 2 부품의 말단부은 슬리브와 함께 제 2 겹침 조인트를 형성하며 제 3 경계면을 형성한다. 맞댐 조인트의 엣지는 상기 제 1 및 제 2 겹침 조인트 사이에 끼어 있다.
4) 다수의 부품 가운데 하나의 부품의 적어도 일부에 거의 강체인 방사 전달성 재료, 즉, 제 1 부품의 말단부, 제 2 부품의 말단부, 또는 겹침 조인트 부품(슬리브)이 방사 전달성 재료를 제공하는 단계.
5) 전자기적 방사를 흡수하여 열을 생성시키는 흡수성 재료를 제공하는 단계. 흡수성 재료는 제 1 경계면, 제 2 경계면, 및 제 3 경계면에 의해 형성된 접합 라인(bond line)의 적어도 일부에 위치한다. 그러나, 경계면 가운데 하나의 흡수성 재료를 생략하는 것이 가능하며 경계면의 전도성 열에 의존한다. 방사의 흡수에 의해 생성되는 열량은 a) 제 1 및 제 2 부품의 단부를 맞댐 조인트 상태로 접합, b) 제 1 부품의 말단부를 겹침 조인트 상태로 슬리브에 접합, 그리고 c) 제 2 부품의 말단부를 제 2 겹침 조인트 상태로 슬리브에 접합하도록 충분해야 한다.
6) 제 1 및 제 2 작업 부품 및 슬리브의 배열을 적절한 선택 및 전달 및 흡수성 재료의 배열을 따라서 완료한 후에, 방사원으로부터의 전자기적 방사는 먼저 전달성 플라스틱을 통과하며, 그 다음에 흡수성 재료를 통과한다. 전달 및 흡수성 재료의 조합체 및 배열의 광범위한 변화가 가능하다. 예컨대, 흡수성 재료는 부품 가운데 하나의, 즉 제 1 부품, 제 2 부품, 또는 슬리브의 통합된 부분으로서 제공될 수 있다. 흡수성 재료는 3개의 경계면의 하나 이상에 위치한 분리된 부품으로서 제공될 수 있다. 흡수성 재료는 1 퍼센트의 몇 분의 1 보다 적은 양의 좋은 방사 흡수를 제공하는 것으로 알려진 카본 블랙을 가지는 재료의 광범위한 범위로부터 선택될 수 있다. 카본 블랙의 에멀션(emulsions) 및 경계면 재료 상에 쉽게 채색될 수 있는 다른 색체 색소는 흡수성 재료의 좋은 출처가 되는 것으로 나타나 있다. 흡수재료는 충전재(filler materials), 바람직하게는 작업 부품 또는 슬리브의 구성과 유사한 재료와 함께 접합될 수 있다. 이러한 경우에서, 흡수 및 충전 재료의 조합체는 전기적-형태의 테이프 또는 얇은 필름 재료에서 발견되는 것과 같은 박판의 검은색 플라스틱일 수 있다. 전달성 재료가 충분히 투명한 재료로부터 선택되는 경우에, 완성된 조인트의 시각적인 점검은 접합 프로세스가 완료된 후에도 가능할 수 있다.
7) 충분한 전자기적 방사는 제 1 및 제 2 부품의 단부 및 말단부, 겹침 조인트 슬리브의 충분한 융합을 위해 충분히 용해된 재료를 제공하기 위하여 접합 라인에서 충분한 열을 생성하도록 흡수성 재료에 의해 흡수된다.
8) 접합 라인은 맞댐 조인트에서 제 1 및 제 2 부품의 단부, 겹침 조인트에서 제 1 및 제 2 부품의 단부 및 말단부를 접합하기 위하여 냉각된다.
이러한 방법은 동시의 맞댐 및 겹침 조인트에 의해 플라스틱 파이프를 접합하는데 특히 효과적이다. 본 발명의 특징 가운데 하나는 맞댐 조인트를 형성하는 파이프의 단부 사이의 경계면에서 흡수성 재료를 생략하는데 있다. 겹침 조인트 경계면에서 흡수성 재료로부터의 전도성 열에 의존하여, 파이프의 단부 사이의 강한 맞댐 조인트를 얻는 것이 가능하다. 또한, 조인트는 평탄하며 내측 보어 파이프에 대하여 틈새가 없다. 이는 파이프 내에서 유동하는 유체를 오염시키는 흡수성 재료의 가능성을 제거하며, 또한 먼지와 살아있는 유기체가 축적될 수 있는 임의의 틈새를 제거하는 장점을 가진다. 이러한 특성은 파이프 내에서 순수한 유체 유동이 상당한 정도로 유지되어야 하는 산업계에서 특히 중요하다.
파이프 조인트에 대하여, 커플링 슬리브는 파이프의 외측에 제공될 수 있으며, 또는 파이프의 보어 내에 위치할 수 있다. 파이프의 외측에서, 슬리브는 파이프가 작은 구멍을 통과하는 것을 어렵게 만들 수 있다. 파이프의 내측에서, 슬리브는 유체 유동을 일부 방해하며 유동이 더욱 난류가 되도록 한다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 리세스는 슬리브를 수용하도록 각각의 파이프의 말단부 내에서 형성될 수 있다. 리세스된 원형 표면 및 방사형 렛지는 각각의 파이프의 말단부에서 리세스를 형성한다. 파이프의 단부가 맞댐 관계로 위치하는 때, 2개의 리세스는 맞물림 관계(mating relations)로 커플링을 수용한다.
커플링의 단부는 파이프의 말단부에서 각각의 방사형 렛지(radial ledge)를 구비하는 맞댐 조인트 관계를 형성한다. 이러한 맞댐 조인트 관계는 접합 라인의 제 4 및 제 5 경계면을 형성한다. 일반적으로 흡수성 재료는 이러한 경계면에 제공된다. 리세스는 파이프의 외측 또는 내측에 형성될 수 있다. 리세스가 파이프의 내측에 있는 때, 흡수성 재료로 채워진 커플링은 다양한 경계면에 대한 흡수성 재료의 적용의 필요성을 제거하며 편리하고도 낮은 가격의 흡수성 재료를 제공할 수 있다.
본 발명의 전술한 목적 및 다른 목적, 특징 및 장점은 본 발명의 하나 이상의 바람직한 실시예가 자세히 기술되고 첨부된 도면에서 도시되는 것으로부터 분명해진다. 과정, 구조적 특징, 및 부품의 구조에 대한 변경은 본 발명의 사상 또는 어떠한 장점으로부터 벗어남이 없이 당업자에게는 자명하리라는 점이 고려되었다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명은 맞댐 및 겹침 조인트를 동시에 형성하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 맞댐 조인트 구조(22) 및 겹침 조인트 구조(28a, 28b)를 제공하는 단계, 전자기적 방사(12)가 거의 강체인 방사 전달성 재료(42)를 통과하여 흡수성 재료(44)에 전달되는 방사원(10)을 제공하는 단계를 포함하는데, 상기 흡수성 재료(44)는 겹침 조인트 구조(22) 및 맞댐 조인트 구조(28a, 28b)에서 부품(20, 30, 40)이 용해되며 냉각 상태에서 접합하도록 용해된 재료(46a-c)(도 3)에 제공되는 충분한 열을 생성하기 위하여 방사 에너지(12)를 흡수한다.
본 발명에서 사용되는 다양한 방사원(10)은 석영-할로겐 및 석영-텅스텐 램프와 같은 적외선 램프와, 이산화탄소, 이트륨 알류미늄 가닛(yttrium aluminum garnet;YAG), 네오디뮴 글래스(neodymium glass), 루비, 헬륨 네온, 크립톤, 아르곤, 수소 및 질소 레이져와 같은 레이져, 그리고 네오디뮴(neodymium),이트륨(yttrium), 이테르븀(ytterbium), 홀륨(holmium), 에르븀(erbium), 툴륨(thulium), 세륨(cerium), 토륨(thorium) 및 내부 전자 껍질의 천이에 의하여 방사능을 방출하는 재료와 같은 방사성의 재료를 기초로 하는 슈퍼-에미팅 포톤 제너레이터(super-emitting photon generators)를 포함한다. 이같은 방사원은 다수의 방사 형태를 제공하기 위하여 다양한 방법으로 설치될 수 있다. 타원형 리플렉터(elliptical reflectors), 포물선형 리플렉터(parabolic reflectors), 라인 및 스트립 히터(line and strip heaters) , 포커스된 레이져(focused laser), 및 라이트 파이프 구(light pipe configurations)은 본 발명에 사용하는 다양한 방사 구조를 제공한다. 본 발명의 참고 자료인 미국 특허 제 5,840,147호, 제 5,740,314호 및 제 5,500,054호와 이들에서 부가적으로 인용된 문헌들은 본 발명에서 사용할 수 있는 방사원의 몇가지의 다양한 형태 및 배열을 더 자세히 제공한다. 상대적으로 낮은 비용에 때문에 석영-할로겐 램프와 같은 자발적인 방사원으로부터의 다색성의 비간섭성 전자기장 방사의 형태인 방사 에너지가 바람직하다. 또한 활성의 방사원(stimulated emission sources), 즉, 레이져원이 본 발명에 사용될 수 있다.
낮은 비용의 방사 에너지원은 자외선으로부터 적외선의 범위에 이르는, 일반적으로 약 0.25 마이크론(μ) 에서 약 8 마이크론의 방사 에너지를 생성한다. 바람직하게는 0.5μ에서 2.8μ 범위의 에너지원이 많은 응용에서 가장 바람직한 약 0.7μ에서 1.5μ의 범위의 최대값 근방의 적외선 에너지를 제공하는 복사원으로 사용된다. 필라멘트원(filament source)으로부터의 적외선 방사는 파장의 분포를 생성하며 최대 방사의 파장은 방사원 온도의 직접적인 함수이다(도 5). 빈(Wien)의법칙, 즉 λmax(μ)=2989μ°K/T(°K)는 이같은 특성을 지배한다. 따라서 3000°C(3273°K)에서 백열광을 내는 방사원은 0.89μ의 파장의 최대 출력을 나타낸다.
도 1 내지 3에서 도시된 바와 같이, 맞댐 조인트 관계(22)는 제 1 부품(20)의 단부(14)가 제 2 부품(30)의 단부(24)에 인접하게 또는 접촉하도록 위치됨으로써 제공된다. 겹침 조인트 관계(28a, 28b)는 제 1 및 제 2 부품(20, 30)의 인접한 단부(14, 24)의 맞댐 조인트 관계(22)와 마찬가지로, 겹침 조인트 부품(40)을 제 1 부품(20)의 말단부(16)와 제 2 부품 부품의 말단부(26)에 인접하게 또는 접촉하도록 위치시킴으로서 형성된다. 일반적인 겹침 조인트 부품은 맞댐 조인트 구조의 외측 엣지의 대부분을 혹은 전체를 덮는다. 즉, 겹침 조인트 엣지는 1)겹침 조인트 부품(40)과, 제 1 부품(20)의 말단부(16)와의 겹침 조인트 관계(28a)와, 2)겹침 조인트 부품(40)과, 말단부(26)와의 겹침 조인트 관계(28b) 사이에 끼이며, 겹침 조인트 부품(40)에 의해 덮혀진다. 일반적으로 겹침 조인트 부품(40)은 내측 표면이 각각 제 1 및 제 2 부품(20, 30)의 말단부(16, 26)와 거의 일치하는 슬리브(대안적으로 여기에서는 링, 칼라, 또는 커플링으로 칭함)이다. 칼라 또는 슬리브(40)는 말단부(16, 26) 위에 용이하게 배치하기 위하여 개방형일 수 있으나 밀폐된 칼라 또는 슬리브가 제 1 또는 제 2 부품(20 또는 30)중 하나의 부품위에 위치하는 것이 바람직하다. 그 다음에 제 1 및 제 2 부품(20, 30)은 상호 그리고 각각의 다른 부품(20, 30)의 말단부(16, 26)를 덮기 위하여 후방으로 미끄러진 칼라(40)와 맞댐 접합 관계를 야기한다. 제 1 및 제 2 부품(20, 30)은 다양한 형태를 가질 수 있으며 중공형 또는 솔리드(solid)일 수 있다. 이같은 부품은 다양한 다면체의 단면을 구비한 원형 파이프 또는 도관일 수 있으며 또는 유사한 형태의 등가의 솔리드일 수 있다.
부품(20, 30, 40) 가운데 하나 이상 또는 이들의 일부는 전자기적 방사(12)를 전달하는 거의 강체의 전달성 플라스틱 재료로 제공되어야만 한다. 도 1에서, 부품(20) 및 겹침 조인트 부품(40)은 전달성 재료(42)로 이루어 진다. 도 2에서, 단지 겹침 조인트 부품(40)만이 전달성 재료인 반면, 도 3에서 3개의 부품(20, 30, 40) 모두가 전달성 재료(42)이다.
본 발명은 열경화성 수지 및 열가소성 재료를 포함하는 플라스틱, 폴리머, 유기물 및 무기물의 모재를 포함하는 광범위한 전달성 재료(42)를 고려한다. 전달성 플라스틱은 아크릴(acylics), 자외선 그레이드 아크릴 (ultraviolet(UV) grade acrylics), 폴리스티렌(polystyrenes(PS)), 폴리탄산에스테르 (polycarbonates(PC)), 메틸메쓰아크릴레이트 (methylmethacrylates), 스티렌아크릴로니트릴(styreneacrylonitriles), 폴리올레핀(polyolefins), 나일론(nylons), 폴리비닐리덴 플루오라이드 (polyvinylidene fluoride(PVDF))와 같은 플루오로폴리머(fluoropolymers), 메틸펜텐(methylpentenes), 에폭시(epoxies), 실리콘(silicones), 및 우레탄 (urethanes)을 포함하나 이에 제한되지는 않는다. 이같은 플라스틱은 색채가 있을 수 있으며, 투명 또는 반투명일 수 있다. 그러나 채색 색소는 접합 프로세스에 사용하는 전자기적 방사(12)의 상당양을 흡수하여서는 안된다. 비록 필요하지 않더라도, 바람직하게는 전달성 재료는 밑에 위치한 접합 상태의 시각적 점검을 할 수 있을 정도로 충분히 투명하여야 한다.
전자기적 방사(12)를 흡수하여 열을 생성하는 흡수성 재료(44)는 1) 제 1 부품(20)의 단부(14)와 제 2 부품(30)의 단부(24) 사이의 제 1 경계면(50a) 2) 제 1 부품(20)의 말단부(16)의 외측과 겹침 조인트 부품(40)의 내측 사이의 제 2 경계면(50b) 및 3) 상기 제 2 부품(30)의 상기 말단부(26)와 겹침 조인트 부품(40) 사이의 제 3 경계면(50c)을 포함하는 접합 라인 내에 또는 적어도 일부의 근방에 제공된다. 전자기적 방사(12)의 흡수는 1) 맞댐 접합 구조(22)에서 제 2 부품(30)의 단부(24)에 대하여 제 1 부품(20)의 단부(14)를 접합시키고, 2) 겹침 조인트 구조(28a)에서 겹침 조인트 부품(40)에 대하여 제 1 부품(20)의 말단부(16)를 접합시키며, 그리고 3) 겹침 조인트 구조(28b)에서 겹침 조인트 부품(40)에 대하여 제 2 부품(30)의 말단부(26)를 접합하기 위하여 충분한 열을 생성해야만 한다.
본 발명은 색소, 충전기, 파이버 및 강화 재료와 같은 무기물의 재료를 포함하는 광범위한 방사 흡수성 재료(44)를 고려한다. 카본블랙(carbon black)은, 본 발명에서 매우 효과적인 1% 미만의 양을 구비할 때, 전자기적 방사에 대한 특히 좋은 흡수재로 알려져 있다. 도 1 내지 3에서 도시된 바와 같이, 흡수성 재료(44)는 분리된 부품(44b-44c;도 3)으로 접합 라인 경계면에 위치할 수 있으며, 또는 접합되는 하나 이상의 부품과 통합된 부분으로 형성될 수 있다(도 1-2). 도 1에서, 흡수성 재료는 제 2 부품(30)과 통합된 부분으로 제공된다. 도 2에서, 흡수성 재료는 제 1 부품(20) 및 제 2 부품(30)의 통합된 부분으로 제공된다. 도 3에서, 흡수성 재료는 분리된 부품(44b, 44c)으로 제공된다. 도 3에서 도시된 바와 같이, 흡수성 재료가 분리된 부품으로 제공되는 때, 상기 흡수성 재료는 3가지 부품(20, 30, 40)의 접합을 보장하기 위하여 충분히 얇아햐 한다(수 밀리미터 보다 적음). 또한 흡수성 재료는 카본 블랙 또는 워터-베이스 페인트 및 마킹 펜(water-based paints and marking pens)에서 발견되는 것과 유사한 에멀션 또는 다른 흡수 색소 서스펜션(absorbing pigment suspensions)으로 제공될 수 있다.
분리된 부품으로서 사용될 때, 흡수재는 겹침 및 맞댐 용접 구조에서 3가지 부품(20, 30, 40)의 접합을 촉진하고 증진시키기 위하여 적당한 접합 재료와 혼합될 수 있다. 예컨대, 흡수성 재료는 수 밀리미터(10-250 마이크로 미터) 두께의 얇은 블랙 플라스틱으로 제공될 수 있다. 바람직하게는 충전재(45)는 부품의 용해 및 접합을 위해 용해된 재료를 제공하는 부품과 동일한 조성을 가진다. 효율적인 접합을 위하여, 흡수성 재료가 3가지의 부품(20, 30, 40)에 근접하여 위치하는 것이 바람직하다. 여기서 사용된 "근접"이라는 용어는 "인접하여" 또는 "접촉하여"라는 의미로 사용된다. 그러나, 흡수성 재료는 3개의 경계면 즉, 1) 부품(20, 30)의 각각의 단부(14, 26) 사이의 맞댐 조인트 관계(22)의 경계면(50a), 2) 부품(20)의 말단부(16)와 겹침 조인트 부품(40) 사이의 겹침 조인트 관계(28a)의 경계면(50b), 및 3) 부품(30)의 말단부(26)와 겹침 부품(40) 사이의 겹침 조인트 관계(28b)의 경계면(50c)에 의해 형성된 전체 접합 라인 내에 또는 근처에 위치할 필요는 없다. 예시된 바와 같이, 흡수성 재료 및 용해된 재료에 의한 전도성 열은 흡수성 재료가 부족한 접합 라인에서 용해, 융합, 및 접합(melting, fusion, andbonding)에 사용될 수 있다. 어떤 구조에서, 흡수성 재료(44)는 특정한 경계면으로부터 완전히 생략될 수 있다.
도 1에서, 흡수성 재료(44)는 제 2 부품(30)과 통합된 부분이며, 반면 제 1 부품(20) 및 겹침 조인트 부품(40)은 전달성 재료(42)의 형태이다. 제 1 부품(20)의 단부(14), 제 2 부품(30)의 단부(24), 제 1 부품(20)의 말단부(16), 제 2 부품(30)의 말단부(26), 및 겹침 조인트 부품(40)의 충분한 융합을 제공하는 충분히 용해된 재료를 제공하기 위하여, 방사(12)는 제 1 부품(20) 및 겹침 조인트 부품(40)의 전달성 재료(42)를 관통하여 제 2 부품(30)의 단부(24) 및 말단부(26)를 통과하여 초기에 경계면(50a, 50b, 50c)에서 열을 생성한다. 제 1 경계면(50a), 제 2 경계면(50b), 및 제 3 경계면(50c)으로 구성된 접합 라인은 1) 맞댐 조인트 구조(22)에서 제 1 부품(20)의 제 1 단부(14)를 제 2 부품(30)과 접합, 2) 겹침 조인트 구조(28a)에서 제 1 부품(20)의 말단부(16)를 겹침 조인트 부품(40)과 접합, 및 3)겹침 조인트 구조(28b)에서 제 3 부품(30)의 말단부(26)를 겹침 조인트 부품(40)과 접합하도록 충분히 냉각된다.
접합을 형성하기 위하여 모든 부품(20, 30, 40)이 용해된 재료를 공급할 필요가 없다. 따라서 도 1에서 흡수성 재료(44)는 더 용해된 또는 용해되지 않은 재료로부터 형성되므로 제 2 부품(30)을 용해하지 않을 것이다. 그러나 제 2 부품(30)에서 흡수성 재료(44)에 의한 방사(10)의 흡수는 제 1 부품(20)의 단부(14)를 용해 시키기 위한 충분한 열을 제공하고, 이로써 단부(24)에 대하여 단부(14)가 융합되고 냉각시 맞댐 조인트(22)를 형성하도록 2개 부품을 접합하는데충분한 용해된 재료를 제공한다. 유사하게, 겹침 조인트 부품(40)에 말단부(26)를 융합시키고 이들을 접합하여 겹치기 조인트(28b) 형성하는데 충분한 용해된 재료를 제공하기 위하여, 경계면(50c)을 따라 겹침 조인트 부품(40)을 용해시키도록 제 2 부품(30)의 말단부(26)의 흡수성 재료에 의해 충분한 열이 생성된다. 마지막으로, 겹침 조인트 부품(40)에 말단부(16)를 융합시키고 이들을 접합시켜서, 겹침 조인트(28a)를 형성하기에 충분한 용해된 재료를 제공하기 위하여, 경계면(50b)을 따라 겹침 조인트 부품(40) 및 말단부(16)를 전도적으로 가열하여 용해시키도록 제 2 부품(30)의 말단부(26)의 흡수성 재료에 의해 충분한 열이 생성된다.
유사한 형태에서, 제 1 부품(20)은, 모든 3개의 경계면(50a, 50b, 50c)에서흡수성 재료인 제 2 부품(30) 및 겹침 조인트 부품(40)에 의해 제공되는 융합을 위한 용해된 재료를 가질 때, 비-용해 부품일 수 있다. 또는 겹침 조인트 부품(40)은, 3개의 경계면에서 제 1 부품(20) 및 흡수성 제 2 부품(30)에 의해 제공되는 융합을 위한 용해된 재료를 가질때, 비-용해 부품일 수 있다. 바람직하게는 모든 3개의 부품(20, 30, 40)이 맞댐 조인트(22) 및 겹침 조인트(28a, 28b)의 융합 및 접합 형성을 위해 용해된 재료를 제공한다.
도 2에서, 단지 겹침 조인트 부품(40)만이 전달성 재료로 제공되며, 반면 제 1 부품(20) 및 제 2 부품(30)은 통합된 유닛으로서 방사 흡수성 재료(44)를 구비하고 있다. 이러한 구조에서, 단부(14, 24) 사이의 맞댐 조인트(22), 말단부(16)와 겹침 부품(40) 사이의 겹침 조인트(28a), 그리고 말단부(26)와 겹침 부품(40) 사이의 겹침 조인트(28b)를 형성하기 위하여 겹침 조인트 부품(40) 및 제 1 부품(20)과제 2 부품(30) 가운데 하나 이상은 융합과 접합을 위한 용해된 재료를 제공한다. 반면 제 1 부품(20)과 제 2 부품(30) 가운데 하나는 용해되지 않는 부품이다. 대안적으로, 겹침 조인트 부품(30)이 용해되지 않는 부품일 수 있으며, 제 1 부품(20) 및 제 2 부품(30)이 적절한 맞댐 조인트(22) 및 겹침 조인트(22a, 22b)를 형성하도록 용해된 재료를 3개의 경계면(50a, 50b, 50c)에 제공할 수 있다. 바람직하게는 모든 3개의 부품(20, 30, 40)이 융합 및 접합 형성을 위하여 용해된 재료를 공급할 수 있다.
도 3에서, 흡수성 재료는 말단부(16)와 겹침 부품(40) 사이의 경계면(50b), 및 말단부(26)와 겹침 부품(40) 사이의 경계면(50c)에서 개별적으로 44b, 44c로 제공된다. 흡수성 재료(44)는 맞댐 조인트 단부(14, 24) 사이에서는 제공되지 않는다. 이 경우에, 맞댐 조인트 구조(22)로 단부(14, 24)를 융합 및 접합하기 위해 충분히 용해된 재료(46a, 46b)를 제공하기 위하여, 전도성의 단부(14, 24)를 용해하기 위한 충분한 열은 흡수성 재료(44b, 44c)에 의하여 생성된다. 겹침 조인트 구조(28a)로 말단부(18)과 겹침 조인트 부품(40)을 융합 및 접합하고 겹침 조인트 구조(28b)로 말단부(26)와 겹침 조인트 부품(40)을 융합 및 접합하기 위한 충분히 녹은 재료(46a, 46b, 46c)를 제공하기 위하여 흡수성 재료(44b, 44c)는 직접 말단부(16, 26)와 겹침 조인트 부품(40)을 가열한다. 흡수성 재료(44)가 용해된 재료로 제공되는 부품과 같은 성분의 충전재(45)를 가지는 때, 부가적인 용해된 재료(46d)는 다양한 부품을 융합 및 접합하기 위하여 제공된다. 맞댐 조인트의 형성을 촉진하기 위하여, 압력(화살표 60으로 지시됨)은, 단부(14, 24) 사이의 맞댐조인트 접합을 형성하는 용해된 재료의 융합을 더 개선하기 위하여 제 1 부품(20) 및/또는 제 2 부품에 작용한다.
도 4 내지 10은 동시에 맞댐 및 겹침 조인트를 형성하면서 플라스틱 파이프의 접합에 유용한 본 발명의 다양한 실시예를 나타낸다. 도 4 및 5를 참조하면, 동시의 겹침 및 맞댐 조인트 조립체의 용접 프로세스 전의 단계가 도시되어 있다. 적외선 관통 링(infrared transparent ring;40)(슬리브)은 제 1 파이프(20)의 말단부(16) 위로 미끄러진다. 흡수성 재료와 충전재(45)를 포함하는 와셔(44a)는 파이프(20)의 단부(14)에 대하여 위치하며 제 2 파이프(30)의 단부(24)는 와셔(44a)에 대하여 접해있다. 즉, 와셔(44a)는 파이프(20, 30)의 단부(14, 24) 사이에 끼어 있다. 흡수 필름(44b)의 층은 단부(14)에서가 아니라 단부(14) 근처에서 파이프(20)의 말단부(16)의 주위를 에워싼다. 유사하게, 흡수 필름(44c)은 단부(24)에서가 아니라 단부(24) 근처에서 파이프(30)의 말단부(26) 주위를 에워싼다.
그 다음에 슬리브(40)는 파이프 단부(14, 24)에 의해 형성된 맞댐 조인트(22)와 중심이 대략 일치하도록 흡수성 재료(44b, 44c) 위를 미끄러진다. 일반적으로 파이프는 단부(14, 24)를 서로 가압하는 횡방향 압력을 제공하도록 적절하게 고정된다. 적외선 램프(10)로부터의 적외선 방사(12)는 경계면(50a, 50b, 50c)의 영역에 집중된다. 방사는 슬리브(40)를 통과하며, 흡수성 재료(44a) 뿐만 아니라 흡수성 재료(44b, 44c)를 향하며, 이는 동시에 파이프(20)의 말단부(16) 사이의 겹침 조인트(28a), 파이프(30)의 말단부(26) 사이의 겹침 조인트(28b), 및 파이프(20, 30)의 단부(14, 24) 사이의 맞댐 조인트(22)를 형성하면서, 차례로 파이프(20, 30)의 말단부(16, 26), 단부(14, 24) 및 슬리브(40)의 내측이 용해되어 융합되도록 각각의 위치에서 생성된 열을 야기한다. 그 다음에 파이프(20, 30)는 램프(10) 아래에서 파이프(20, 30)의 원주 주위에서 겹침 및 맞댐 조인트를 구성하도록 용접된다. 대안적으로, 램프(10)는 슬리브(40)의 주위의 회전을 위하여 장착될 수 있으며, 또는 도 10에서 도시된 바와 같이 원형의 램프 구조가 파이프 또는 방사원(10)의 회전 없이 파이프 주위를 겹침 및 맞댐 용접이 완료되도록 사용될 수 있으며, 이는 시간의 주기를 크게 감소시킨다.
도 4에서 도시된 바와 같이, 흡수성 재료(44a, 44b, 44c)는 경계면(50a, 50b, 50c)의 엣지까지 연장하지 않는다. 이러한 상태에서, 전도성의 열은 흡수성 재료(44a, 44b, 44c)를 넘어서 전도되며, 용해된 플라스틱이 그 자체로 융합되는 것을 허용하며 플라스틱 껍질 내의 흡수성 재료를 완전히 밀봉한다. 이러한 경향은 흡수성 재료에 의한 파이프 내의 유동 유체의 오염을 방지하며 조인트의 외부의 충분한 밀봉을 보장한다. 흡수성의 오염물이 문제가 되지 않는 때, 흡수성 재료는 경계면(50a, 50b, 50c)을 넘어서 연장하는 것이 허용될 수 있다. 고순도의 유체가 파이프의 내측을 통과하는 어떤 상황에서는, 흡수성의 재료가 유동 유체와 접촉하는 것이 방지되는 것은 매우 중요하다. 이경우, 도 6에서 도시된 구조가 사용될 수 있다. 파이프(20, 30)의 단부(14, 24)는 흡수성 재료의 사용 없이 서로에 대하여 직접 접한다. 흡수성 재료(44b-44c)는 파이프(20, 30)의 말단부(16, 26) 및 말단부(16, 26)에 의해 겹침 조인트 구조를 형성하는, 흡수성 재료(44b-44c) 위에 위치한 슬리브(40)를 에워싼다. 도 3에서 도시되며 상기에서 자세히 기술된 바와 같이, 방사는 커플링(40)을 통과하여, 적절한 겹침 및 맞댐 조인트를 형성하기 위하여 단부(14, 24)와 말단부(16, 26)를 용해시키는 충분한 열을 제공하기 위하여 흡수성 재료(44b-44c)에 의해 흡수된다. 먼지, 입자, 및 살아있는 유기체가 축적될 수 있는 흡수성 재료 및 어떠한 간격 또는 틈새가 완전히 없도록 평탄하게 접합된 내측 표면을 융합하여 형성하기 위하여 용해된 부분은 단부(14, 24)의 내측 엣지까지 완전히 연장한다. 바람직하게는 슬리브(40)는 겹침 조인트 및 맞댐 조인트 경계면(50a, 50b, 50c)에서 융합 및 접합의 시각적 관찰을 위하여 충분히 투명한 재료를 가진다.
도 7 내지 9는 다양한 외부 및 내부의 슬리브(40) 구조를 사용하는 본 발명의 다른 실시예를 도시하고 있다. 도 7에서, 플라스틱 파이프(20)의 말단부(16)은 외측 원형 리세스(18b)를 형성하기 위한 리세스된 외측 원형 표면(15a) 및 외측 방사형 렛지(outer radial ledge;17a)를 가진다. 또한 플라스틱 파이프(30)의 말단부(26)은 외측 원형 리세스(29b)를 형성하기 위한 리세스된 외측 원형 표면(25a) 및 외측 방사형 렛지(27a)를 가진다. 외측 원형 리세스(18b, 29b)는 맞물림 관계(mating relation)로 플라스틱 커플링(40)을 수용한다. 플라스틱 커플링(40)의 단부(38) 및 외측 방사형 렛지(17a)는 맞댐 조인트 관계(22b)에서 제 4 경계면(50d)을 형성한다. 플라스틱 커플링(40)의 단부(39) 및 외측 방사형 렛지(27a)는 맞댐 조인트 관계(22c)에서 제 5 경계면(50e)을 형성한다. 흡수성 재료(44b, 44c, 44d, 44e)는 각각 경계면(50b, 50c, 50d, 50e)에 위치한다. 상기에서 언급된 바와 같이, 경계면(50a)은 파이프 내를 유동하는 유체의 어떠한 오염을 피하기 위하여 흡수성 재료가 없으며, 단부(14, 24) 사이의 충분한 맞댐 조인트를 형성하기 위하여 전도성의 열에 의해 충분히 가열된다. 전술한 바와 같이, 전자기적 방사는 조인트에 작용하며, 파이프(20, 30)의 단부(14, 24) 및 말단부(16, 26), 커플링(40)의 외측 렛지(17a, 27a), 내측 표면(36), 및 단부(38, 39)를 충분히 용해시키고, 맞댐 조인트에서 단부(14, 24), 단부(38)와 외측 렛지(17a), 및 단부(39)와 외측 렛지(27a)를 융합 및 접합하고, 겹침 조인트에서 말단부(16, 26)와 커플링(40)의 내측(36)을 융합 및 접합하기 위하여, 경계면(50a, 50b, 50c, 50d, 50e)에서 충분한 열이 생성된다. 이같은 조립체는 어떠한 흡수성 재료의 오염이 없는, 내측 보어와 마찬가지로 평탄한 외측 및 내측 파이프 표면을 제공한다. 이같은 조립체는 접합된 파이프가 도 4, 5, 및 6의 외향 연장하는 커플링(40)에서 발견할 수 있는 좁은 개구부를 통과하는 경우에 특히 유용하다.
도 8은 내부 커플링(40)이 사용된 본 발명의 다른 실시예이다. 커플링이 파이프(20, 30)의 외측 상에 위치하기보다는, 이러한 파이프의 내측 보어에 위치한다. 도시된 바와 같이, 경계면(50a)은 분리된 흡수성 재료(44a)를 포함하고 있다. 또한 흡수성 재료(44)는 커플링(40) 내에 통합되어 있다. 겹침 조인트(28a, 28b)는 커플링(40)의 외측 방사형 표면(37)과 파이프(20, 30)의 말단부(16, 26)의 내측 표면 사이에 형성되어 있다. 맞댐 조인트(22a)는 파이프(20, 30)의 단부(14, 24)의 단부에 의해 형성된다. 방사는 파이프(20, 30)의 말단부(16, 26)를 관통하여 커플링(40)의 일부인 흡수성 재료(44)와 흡수성 재료(44a)를 통과하며, 여기서 커플링(40)의 외측 표면 부분(36), 파이프(20, 30)의 말단부(16, 26), 및 파이프(20, 30)의 단부(14, 24)를 용해하며, 커플링(40)을 겹침 조인트(28a, 28b)에서 파이프(20, 30)의 말단부(16, 26)와 융합 및 접합하고, 맞댐 조인트(22a)에서 파이프(20, 30)의 단부(14, 24)를 서로 융합 및 접합하기 위하여, 충분한 열이 생성된다. 이러한 설계의 하나의 특징은 접합 라인에서 흡수성 재료의 부가적인 부품의 제공 없이 흡수성 재료가 편리하게도 커플링(40)내로 통합될 수 있다는 것이다. 경계면(50a)에서의 흡수성 재료(44a)는 제거될 수 있으며, 맞댐 조인트(22a)는 단부(14, 24)의 전도성 열이 통과하도록 형성된다. 이러한 내부의 커플링은 부분적으로 차단되어 커플링의 영역에서 파이프내의 난류 유동을 생성시키는 단점이 있다.
이러한 단점을 해결하기 위하여 도 9에서 도시된 바와 같이, 내부 리세스(18a, 29a)는 파이프(20, 30)의 단부(16, 26)에서 형성된다. 플라스틱 파이프(20)의 말단부(16)은 내측 원형 리세스(18a)를 형성하는 리세스된 내측의 원형 표면(15b) 및 내측 방사형 렛지(17b)를 구비한다. 또한 플라스틱 파이프(30)의 말단부(26)은 내측 원형 리세스(29a)를 형성하는 내측의 리세스된 원형 표면(25b) 및 내측 방사형 렛지(27b)를 구비한다. 내측 원형 리세스(18a, 29a)는 맞물림 관계로 플라스틱 커플링(40)을 수용한다. 플라스틱 커플링(40)의 단부(38)와 내부 방사형 렛지(17b)는 맞댐 조인트 관계(22b)로 제 5 경계면(50d)을 형성한다. 도시된 바와 같이, 경계면(50a, 50b, 50c, 50d, 50e)에 위치하는 흡수성 재료가 존재하지 않는다. 전자기적 방사는 조인트에 작용하며, 파이프(20, 30)의 단부(14, 24) 및 말단부(16, 26), 커플링(40)의 내측 렛지(17b, 27b), 외측 표면(37), 및 단부(38, 39)를 충분히 용해하고, 맞댐 조인트에서 단부(14, 24), 단부(38)와 외측 렛지(17b), 및 단부(39)와 내측 렛지(27b)를 융합 및 접합하고, 겹침 조인트에서 말단부(16, 26)와 커플링(40)의 외측(37)을 융합 및 접합하기 위하여, 충분한 열은 경계면(50a, 50b, 50c, 50d, 50e)에서 생성된다. 이같은 조립체는 어떠한 흡수성 재료의 오염이 없는, 내측 보어와 마찬가지로 평탄한 외측 및 내측 파이프 표면을 제공한다.
본 발명의 파이프의 실시예에서 사용되는 광범위한 플라스틱 재료는 폴리에틸렌, 폴리프로필린, 및 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF)를 포함하며, 그러나 이에 한정되지는 않는다. 플라스틱의 적외선 방사의 흡수를 위하여, 유사한 재료의 필터가 가열 프로세스 동안에 적외선 램프와 조인트 조립체 사이에 삽입될 수 있다. 일반적으로 흡수성 재료는 검은색이며, 적외선 방사의 좋은 흡수제는 일반적으로 카본 블랙, 색체의 색소, 또는 다른 적외선 흡수성 재료를 포함한다. 검은색의 잉크, 페인트, 또는 검은색의 전기적-형태 테이프가 흡수성 재료로 사용될 수 있다. 파이프는 카본 블랙 또는 적당한 위치에서 파이프의 말단부 내로 또는 슬리브 표면 내로 직접적으로 통합된 다른 적외선 흡수성 재료와 함께 조립될 수 있다.
여기에서 도시된 구조의 변화는 가능하지만 도시된 구조는 바람직하며 일반적인 것이다. 본 발명의 사상에서 벗어남이 없이, 다양한 위치에 위치한 전자기적 방사, 흡수 및 투명 재료의 다양한 조합체가 본 발명에서 사용될 수 있다.
그러므로, 본 발명이 바람직한 실시예에 관하여 기술되었지만, 방사, 재료,크기, 형태, 위치에 관한 본 설계의 변경은 당업자에게 자명하며, 이러한 변경 및 변화는 본 발명 및 첨부된 청구항의 사상과 균등한 것으로 간주한다.

Claims (33)

  1. 맞댐 조인트 및 겹침 조인트를 동시에 형성하는 방법으로서,
    a) 전자기적 방사의 방사원을 제공하는 단계;
    b) 제 1 부품의 말단부의 단부를 제 2 부품의 말단부의 단부에 대하여 맞댐 조인트로 제공하는 단계;
    c) 겹침 조인트 부품을
    1) 상기 제 1 부품의 상기 말단부,
    2) 상기 제 2 부품의 상기 말단부, 및
    3) 상기 제 1 부품의 상기 말단부의 상기 단부 및 상기 제 2 부품의 상기 말단부의 상기 단부의 상기 맞댐 조인트 관계에 대해 겹침 조인트 관계로 제공하는 단계;
    d) 1) 상기 제 1 부품의 상기 말단부,
    2) 상기 제 2 부품의 상기 말단부, 및
    3) 상기 겹침 조인트로 구성된 그룹 가운데 하나 이상을, 상기 전자기적 방사를 전달하는 실질적인 강체의 전달성 재료로 제공하는 단계;
    e) 1) 상기 제 1 부품의 상기 단부와 상기 제 2 부품의 상기 단부 사이의 제 1 경계면
    2) 상기 제 1 부품의 상기 말단부과 상기 겹침 조인트 부품 사이의 제 2 경계면, 및
    3) 상기 제 2 부품의 상기 말단부과 상기 겹침 조인트 부품 사이의 제 3 경계면을 포함하는 접합 라인 가운데 적어도 일부분에서,
    1) 상기 제 1 부품의 상기 단부를 상기 제 2 부품의 상기 단부에 대하여 맞댐 조인트 상태로 접합하고,
    2) 상기 제 1 부품의 상기 말단부를 상기 겹침 조인트 부품에 겹침 조인트 상태로 접합하고, 그리고
    3) 상기 제 2 부품의 상기 말단부를 상기 겹침 조인트 부품에 겹침 조인트 상태로 접합하기에 충분한 열량을 생성하도록, 상기 전자기적 방사를 흡수하는 흡수성 재료를 제공하는 단계;
    f) 상기 방사원으로부터의 상기 전자기적 방사가 먼저 상기 전달성 재료를 통과한 후, 그 다음에 상기 흡수성 재료를 통과하도록 하는 단계;
    g) 1) 상기 제 1 부품의 상기 단부,
    2) 상기 제 2 부품의 상기 단부,
    3) 상기 제 1 부품의 상기 말단부,
    4) 상기 제 2 부품의 상기 말단부, 및
    5) 상기 겹침 조인트 부품을 융합하기에 충분한 용해된 재료를 제공하기 위하여 상기 접합 라인에서 충분한 열을 생성하도록, 상기 흡수성 재료에 의해 상기 전자기적 방사를 흡수하는 단계, 및
    h) 1) 상기 제 1 부품의 상기 단부를 상기 맞댐 조인트 상태로 상기 제 2 부품의 상기 단부와 접합하고,
    2) 상기 제 1 부품의 상기 말단부를 겹침 조인트 상태로 상기 겹침 조인트 부품과 접합하고, 그리고
    3) 상기 제 2 부품의 상기 말단부를 상기 겹침 조인트 상태로 상기 겹침 조인트 부품과 접합하도록, 상기 접합 라인을 냉각하는 단계를 포함하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 흡수성 재료가
    1) 상기 제 1 부품의 상기 단부,
    2) 상기 제 2 부품의 상기 단부,
    3) 상기 제 1 부품의 상기 말단부,
    4) 상기 제 2 부품의 상기 말단부, 및
    5) 상기 겹침 조인트 부품으로 구성된 부품 그룹으로부터 하나 이상의 부품과 통합 형성되어 제공되는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 흡수성 재료가
    1) 상기 제 1 부품의 상기 단부와 상기 제 2 부품의 상기 단부 사이의 상기 제 1 경계면,
    2) 상기 제 1 부품의 상기 말단부과 상기 겹침 조인트 부품 사이의 상기 제 2 경계면, 및
    3) 상기 제 2 부품의 상기 단부와 상기 겹침 조인트 부품 사이의 상기 제 3 경계면으로 구성된 경계면의 그룹 가운데 하나 이상의 경계면에서 분리된 부품으로 제공되는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 흡수성 재료에 충전재를 제공하는 단계를 더 포함하는 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 흡수성 재료 및 상기 충전재가 검은색 플라스틱의 얇은 필름으로 제공되는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 전자기적 방사가 다색의 비간섭성의 전자기적 방사로 제공되는 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 방사원이 석영 할로겐 램프로 제공되는 방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 전자기적 방사가 단색의 간섭성의 전자기적 방사로 제공되는 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 방사원이 레이져인 방법.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 부품의 상기 단부 및 상기 제 2 부품의 상기 단부에 압력을 작용시키는 단계를 더 포함하는 방법.
  11. 제 1 항에 있어서, 실질적인 강체인 상기 전달성 재료가
    1) 상기 제 1 부품의 상기 단부,
    2) 상기 제 2 부품의 상기 단부,
    3) 상기 제 1 부품의 상기 말단부,
    4) 상기 제 2 부품의 상기 말단부, 및
    5) 상기 겹침 조인트 부품의 적어도 부분적인 융합을 시각적으로 관찰하기 위해 충분히 투명한 방법.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 부품이 제 1 플라스틱 파이프로 제공되며, 상기 제 2 부품이 제 2 플라스틱 파이프로 제공되며, 그리고 상기 겹침 조인트가 플라스틱 커플링으로 제공되는 방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 플라스틱 커플링이 상기 제 1 플라스틱 파이프의 상기 말단부 및 상기 제 2 플라스틱 파이프의 상기 말단부의 외부에 제공되는 방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 흡수성 재료가 상기 제 1 플라스틱 파이프의 상기 말단부 및 상기 제 2 플라스틱 파이프의 상기 말단부로 구성된 말단부의 그룹 가운데 하나 이상의 말단부와 통합 형성되어 제공되는 방법.
  15. 제 13 항에 있어서, 상기 흡수성 재료가 분리된 부품으로 제공되는 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    1) 상기 흡수성 재료가 상기 제 1 플라스틱 파이프의 상기 말단부와 상기 플라스틱 커플링 사이의 상기 제 2 경계면과 상기 제 2 플라스틱 파이프의 상기 말단부와 상기 플라스틱 커플링 사이의 상기 제 3 경계면에서 단일의 부품으로 제공되며,
    2) 상기 제 2 플라스틱 커플링이 실질적인 강체인 상기 전달성 플라스틱 재료로 제공되는 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    1) 상기 흡수성 재료가 상기 플라스틱 파이프의 상기 말단부와 상기 플라스틱 커플링 사이의 상기 제 2 경계면에서 제 1 부분으로, 그리고 상기 제 2 플라스틱 파이프의 상기 말단부 사이의 상기 제 3 경계면에서 제 2 부분으로 제공되는 방법.
  18. 제 16 항에 있어서, 상기 흡수성 재료가 상기 제 1 플라스틱 파이프의 상기 단부와 상기 제 2 플라스틱 파이프의 상기 단부 사이의 상기 제 1 경계면에서 제 3 부분으로 더 제공되는 방법.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 흡수성 재료가 충전재를 더 구비하는 방법.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 흡수성 재료 및 상기 충전재가 검은색 플라스틱의 얇은 필름으로 제공되는 방법.
  21. 제 12 항에 있어서, 실질적인 강체인 상기 전달성 플라스틱 재료가
    1) 상기 제 1 플라스틱 파이프의 상기 단부,
    2) 상기 제 2 플라스틱 파이프의 상기 단부,
    3) 상기 제 1 플라스틱 파이프의 상기 말단부,
    4) 상기 제 2 플라스틱 파이프의 상기 말단부, 및
    5) 상기 플라스틱 커플링의 적어도 부분적인 융합을 시각적으로 관찰하기 위해 충분히 광학적으로 투명한 방법.
  22. 제 12 항에 있어서, 상기 전자기적 방사가 상기 흡수성 재료를 향하도록 상기 제 1 플라스틱 파이프, 상기 제 2 플라스틱 파이프, 및 상기 커플링을 회전시키는 단계를 더 포함하는 방법.
  23. 제 12 항에 있어서, 상기 전자기적 방사가 상기 흡수성 재료를 향하도록 상기 제 1 플라스틱 파이프, 상기 제 2 플라스틱 파이프, 및 상기 커플링에 대해 방사원을 회전시키는 단계를 더 포함하는 방법.
  24. 제 12 항에 있어서, 상기 전자기적 방사가 상기 흡수성 재료의 접합 라인을 향하도록 상기 방사원이 원형의 방사원으로 제공되는 단계를 더 포함하는 방법.
  25. 제 12 항에 있어서, 상기 커플링이 외측 커플링으로 제공되는 방법.
  26. 제 12 항에 있어서, 상기 커플링이 내측 커플링으로 제공되는 방법.
  27. 제 12 항에 있어서,
    1) 상기 제 1 플라스틱 파이프의 상기 제 1 말단부가 제 1 원형 리세스를 형성하도록 제 1 리세스된 원형 표면 및 제 1 방사형 렛지를 구비하며,
    2) 상기 제 2 플라스틱 파이프의 상기 제 2 말단부가 제 2 원형 리세스를 형성하도록 제 2 리세스된 원형 표면 및 제 2 방사형 렛지를 구비하며, 그리고
    3) 상기 제 1 원형 리세스 및 상기 제 2 원형 리세스가
    a) 맞댐 조인트 관계로 제 4 경계면을 형성하는 상기 플라스틱 커플링의 제 1 단부 및 상기 제 1 방사형 렛지, 및
    b) 맞댐 조인트 관계로 제 5 경계면을 형성하는 상기 플라스틱 커플링의 제 2 단부 및 제 2 방사형 렛지에 대하여 맞물림 관계로 상기 플라스틱 커플링을 수용하는 방법.
  28. 제 12 항에 있어서,
    1) 상기 제 1 원형 리세스가 외측 리세스이며;
    2) 상기 제 2 원형 리세스가 외측 리세스이며, 그리고
    3) 상기 플라스틱 커플링이 외측 커플링인 방법.
  29. 제 28 항에 있어서, 상기 제 2 경계면, 상기 제 3 경계면, 상기 제 4 경계면, 및 상기 제 5 경계면에 흡수성 재료를 제공하는 단계를 더 포함하는 방법.
  30. 제 12 항에 있어서,
    1) 상기 제 1 원형 리세스가 내측 리세스이며;
    2) 상기 제 2 원형 리세스가 내측 리세스이며, 그리고
    3) 상기 플라스틱 커플링이 내측 커플링인 방법.
  31. 제 30 항에 있어서, 흡수성 재료를 상기 내측 커플링의 일부로서 제공하는 단계를 더 포함하는 방법.
  32. 제 1 항의 방법에 의해 접합된 제조물.
  33. 제 12 항의 방법에 의해 접합된 제조물.
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